索塔钢壳安装与砼浇筑的质量控制

索塔钢壳安装与砼浇筑的质量控制

吴佩佩

中交二航局四公司安徽省芜湖市241009

摘要：本文以南京长江第五大桥主桥索塔施工为例，通过对主塔的施工方法进行分析，重点介绍了索塔钢壳的安装控制要点，并对混凝土安全、质量控制措施有独特的见解，有利于桥梁整体质量的提高。

关键词：索塔；钢壳；安装；混凝土浇筑；质量控制

1.工程概述

本索塔采用纵向钻石型索塔，横向为独柱塔，结构为钢-混凝土组合索塔，钢结构采用Q345C板材和Q235B型材，采用C50补偿收缩混凝土。

索塔节段的钢结构由内外钢壁板、竖向加劲肋、水平加劲肋、水平角钢、竖向角钢、焊钉组成。外侧钢壁板标准厚度为14mm，其中在下横梁上下方、下塔柱首节的部分壁板采用20mm和16mm，内侧钢壁板标准厚度为6mm，钢牛腿附着壁板厚为20mm；竖向加劲肋尺寸为128×10mm，标准间距为400mm，水平加劲肋尺寸为200×10mm，标准间距为400mm，加劲肋局部加宽以适应角钢连接；水平角钢、竖向角钢规格为L75×8mm，把内外钢结构连接成整体，并控制混凝土浇筑时的结构变形；焊钉规格为φ22×150，其竖向标准间距和横向标准间距分别为200mm和400mm。

2.索塔施工思考

2.1施工安全与风险

该索塔施工期经历夏季台风期，安全风险高；桥区水域通航船舶密度较大，再加上高峰期船舶流量频繁，通航环境复杂，受雾和风等自然因素的影响，砂、石子、水泥等原材料进场，临时材料、小型机具的倒运，存在船舶撞击的风险；钢壳塔柱节段的运输及吊装、液压爬升操作平台安装和爬升、塔吊附墙安装、施工电梯安装等均属高处作业，高空坠落风险大。

2.2施工质量

塔柱施工精度指标均等于或优于现行规范规定。在塔座混凝土浇筑完成并达到一定强度后，应对定位座各项指标进行复测，如定位座各项指标满足误差要求，则ZT1的定位仅控制横桥向相邻两顶端控制点高差不得大于1mm，顺桥向相邻两顶端控制点高差不得大于2.4mm。否则，应按定位钢框架的误差要求对ZT1进行全面调整。

索塔完工后，轴线纵、横偏位允许的偏差为±10mm，塔柱的倾斜度误差不能大于塔高的13000，且不大于30mm。钢结构定位钢框架精确固定是施工完成后的索塔满足各项误差要求的基础，轴线纵、横平行偏位标准不大于±5mm，桥涵施工规范为±10mm；定位座横桥向和纵桥向分别与理论横轴线偏差不大于±2mm和±1mm；定位座高程误差不大于＋5mm，横桥向和顺桥向相邻两定位座高差分别不得大于1mm和2.4mm。

在混凝土强度达到设计强度的90%后，预应力钢束两端方可同时进行张拉，顺序应从中部向左右对称张拉，并且要求张拉吨位与引伸量双控，引伸量允许误差应控制在（－4%，＋6%）范围内，一次张拉完毕。

2.3大体积混凝土温控

为减少混凝土收缩对结构造成的损伤，特别是夏季高温期，需对组成混凝土的粗骨料、细骨料和胶凝材料进行降温处理，并采取辅助措施控制混凝土入模温度，以满足水泥水化过程中任何时间点混凝土内部温度不大于65℃。

2.4施工难度

（1）索塔材料和设备进场组织需要采用运输船穿越主航道运输，施工期间水上运输容易受到台风及梅雨季节的自然因素影响较大，造成现场停工等待或窝工现象发生。

（2）由于钢壳塔柱、钢锚梁的异地制造，现场堆存条件受限，需提前安排其进场，否则会影响现场上塔柱的施工。

3.索塔钢壳的安装

3.1钢壳索塔敏感性分析

影响索塔线形的因素包括：环境因素，结构物理参数因素、现场测量精度，环境因素为平均温度、温差、风荷载等。

以泰州大桥中塔为例，从弹模、容重、风荷载、温度梯度等方面对索塔敏感性进行了分析，结果如下：

图2各参数变化下钢塔横桥向位移变化

在泰州大桥索塔施工过程中，根据以上参数敏感性分析得出：风荷载及温度梯度对钢塔位移影响较大。

3.2钢壳索塔线形控制建议

（1）首节段安装

首节段的安装，要求控制节段的平面位置、平面扭转、立面倾斜度、节段标高以及相邻节段间的距离，首节段顶顶口连线作为控制的基准面。

（注：平面误差Δ1X（Δ1Y）=1mm立面误差Δ2Z=1mm）

图3平面、立面误差

根据以上的误差控制产生的首节段安装精度按如下控制：

中心平面偏位：±1mm

平面扭转：13000

节段标高误差：±1mm

纵横桥轴线方向倾斜度：13000

相邻两节段间距差：±2mm

（2）标准节段安装

本桥为钢壳索塔，钢壳采用焊接工艺，焊接温度对索塔线形影响大，钢壳焊接时应纵桥向、横桥向对称焊接，避免因非对称焊接造成钢壳温度梯度过大。安装过程中，避免大风天气下作业。

结合制造和预拼装的几何控制资料，判断是否需要对下个钢壳制造采取修正措施。节段制作完成后，两节段与横梁进行水平预拼装，并检查预拼装的长度、垂直度、轴线偏位和端面金属接触率，超差时进行修整或作记录后，在下一次预拼装时修正。

图4钢节段预拼的误差修正

（3）调整段安装

对于调整段，提前两个节段，选择阴天或气温较低的时候对塔柱顶口平面位置口进行复核，根据现场的实测数据和节段顶口的设计值进行比较，得出调整段的顶口偏位值，将偏位数据传给钢壳加工厂单位，对调整段尺寸进行调整。

图5调整段示意图

4.外包钢壳预应力钢筋混凝土的使用

外包钢壳不仅是一种强度高、刚度大、延性好、承载力高的新型结构，而且连接方便，其优化了钢壳和钢筋混凝土的受力分部，施工时既能减少临时结构、减少支模工序，又能节约模板，从而达到缩短施工周期、加快施工进度的作用。一是，在内钢壳和外钢壳与内部混凝土联合受力的情况下，有效提高了索塔的整体刚度与强度；二是由于内钢壳和外钢壳作为曲塔柱的施工模板，大大简化了模板的制造与安装配置，从而提高吊装的定位精度。

5.钢塔混凝土质量控制措施

混凝土采用C50补偿收缩混凝土，据桥梁结构耐久性技术要求，并结合公司国内外相关工程经验，钢塔混凝土应具有以下特点：其一，采用高流动性混凝土；其二，混凝土在长期的服役过程中除基本物理力学性能满足技术要求外，还需与钢塔之间保持良好的协同变形能力；其三，混凝土的体积稳定性较强。钢塔混凝土的耐久性质量控制关键点见下。

5.1混凝土配制

5.2现浇结构大体积混凝土裂缝控制

现浇结构大体积混泥土控制重难点详见表1。

混凝土温控措施：通过对原材料、浇筑和降温期保温保湿养护等温度控制措施，从而保证本工程大体积混凝土不出现裂缝现象。

5.3混凝土结构控裂措施

5.3.1原材料温度控制措施

根据温度控制指标，与水泥厂签订协议明确要求，现场多次转运和倒仓；粉煤灰、矿粉料仓等掺合料进行封闭和遮阳；砂、石料仓封闭和遮阳，降低碎石温度；使用自来水或井水；对外加剂遮阳覆盖。

5.3.2浇筑温度控制措施

塔柱≤25℃时，高温季节，喷淋冷却水冷却粗骨料，制冷水和片冰拌和混凝土控制出机温度，泵管覆盖洒水降温，浇筑仓面喷雾降温，泵车罐体包裹保温材料控制温度回升。

5.3.3最高温度控制措施

塔柱≤65℃时，a、优化配合比，采用低热水泥、60d评定等降低水化热温升；b、混凝土分层浇筑，即要减少浇筑方量，又要控制温升和最高温度；c、降低浇筑温度和控制水化热温升；d、延长混凝土初凝时间，控制混凝土温升和最高温度。

5.3.4内表温差控制：塔柱≤25℃，低温季节：采用土工布覆盖保温，碘钨灯加热控制环节温度。

5.4钢塔混凝土耐久性施工

钢塔混凝土耐久性施工关键措施见表2。

5.5施工过程耐久性质量控制

5.5.1混凝土原材料质量保证措施

原材料的质量控制措施见表3。

标注明显，严禁与水泥等粉料混淆

砂选用细度模数2.6～3.0的中砂，并固定砂源，设专门堆场⑴水上运输覆盖油布，禁止浪花溅入材料中；⑵按规格进行分类堆放，严禁出现混料；⑶场地搭建遮阳棚，用混凝土硬化⑴提前备料，做好计划，选用后备料场等；

⑵建立稳定的供料网络，设立自备料场（储罐）

碎石优良的母岩材质，有水清洗设备，生产线采用多功能反击破设备，定期取样

外加剂⑴年生产能力2万吨以上且有工程业绩；

⑵定期厂家取样检验

外加剂用桶装并遮阳

5.5.2混凝土施工质量控制

（1）拌制

①砂、料斗搭、石骨料堆场应设遮阳棚，减少骨料的含水率波动，防止其暴晒及雨淋。

②在拌制混凝土前，依据相关规范规定严格检测骨料的含水率，此外，雨天施工还得增加测定次数；保证混凝土配料精度，利用专用砝码对拌合站计量系统进行标定；浇筑混凝土需避开风浪较大时段，以避免大风对计量系统精度的影响。

③每次开盘前，采用当天使用的原材料对混凝土设计配合比进行试拌，以验证现场原材料的质量稳定性，确定施工配合比。如发现问题，查明原因，方开机生产。

④为保证混凝土质量均匀，严格控制混凝土搅拌时间（满足要求）。

⑤当原材料性能指标产生较大波动时，定期复核配合比，确定原材料的性能波动及环境因素对混凝土性能的影响程度，并观察所使用配合比及原材料拌制的混凝土性能是否达标。

（2）运输

①避免混凝土发生离析、分层及漏浆现象。

②到达浇筑地点时，不仅确保混凝土的均质性，而且保证施工要求的坍落度。当混凝土到达现场发生离析时，浇注前应对混凝土进行二次搅拌。

③当混凝土运至浇筑地点，必要调整混凝土的工作性时，应在专职技术人员指导下加入适量外加剂。

④高温及低温季节施工时，混凝土输送设备采用土工材料包裹，以起到保温、隔热作用。

（3）浇筑

①混凝土结构连续浇筑时分层布料（分层高度控制在30cm左右），当因故间歇时，保证间歇时间小于前层混凝土的初凝时间。

②对于索塔等竖向高度较大的结构，下料口悬挂串筒等减速装置，以防止自由倾落高度过大造成混凝土离析。

③严格控制混凝土浇筑速率，便于混凝土排除气泡，提高混凝土的密实度。

5.5.3混凝土浇筑注意事项

（1）为了防止混凝土浇筑速度过快而因塔柱钢壳面板的变形，应控制混凝土浇筑速度。浇筑混凝土时，仔细观察钢筋、节段钢结构、预埋件和预留孔洞有无移动、变形，或者堵塞等情况，发现问题立即处理，并在已浇筑的混凝土初凝前修正完好。

（2）为了减少夏季高温施工环境下钢壳的温度，在液压爬升施工平台顶端设置可自由伸缩的遮阳棚，以及在四周设置遮阳罩。同时也可将因日照偏晒而引起的塔柱钢壳不均匀变形降到最低。为了方便下一节段塔柱钢壳安装时竖向钢筋连接、钢壳节段的施焊，每个节段钢壳顶口35cm高混凝土与下一节段混凝土一起浇筑。

5.5.4混凝土养护

为了防止混凝土表层失水过快而引起混凝土与钢壳之间产生裂隙，混凝土初凝后及时对顶面混凝土采用土工布覆盖、洒水湿润进行养护。当环境温度低于5℃时，需要注意的是禁止对混凝土表面进行洒水养护，应采取保温、保湿养护。如遇低温条件，对塔柱钢壳包裹保温棉进行保温养护。

6.结束语

索塔是斜拉桥结构中的重要组成部分，其钢壳的安装、混凝土的浇筑更是确保桥梁高质量安全运行的关键。因此，在确保施工进度的同时，要特别注意钢壳的安装质量，精确定位和焊接，以及混凝土的浇筑和保湿养护等，保质保量的完成工期，将安全、质量放在首位，科学有效的做到万无一失。

参考文献

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